2. ΑΝΘΡΑΚΑΣ 2.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Άνθρακας (κάρβουνο) είναι το όνομα μιας ποικιλίας στερεών οργανικών καυσίμων. Η προέλευση του είναι από φυτά που συσσωρεύτηκαν σε βάλτους και έγιναν μια υγρή μάζα φυτικών συντριμμάτων (τύρφη). Με την συμπίεση και θέρμανση της τύρφης πάνω από 300 εκατ. χρόνια πριν, δημιουργήθηκε ο λιγνίτης. Καταποντίσεις σε θάλασσα και συσσωρεύσεις στρωμάτων επί στρωμάτων είχαν σαν αποτέλεσμα το βαθύ θάψιμο του λιγνίτη γεγονός που ανέβασε τη θερμοκρασία και απέβαλε την υγρασία του κοιτάσματος και έτσι ο λιγνίτης έγινε πισσούχος άνθρακας (bituminous coal). Σε μερικές περιπτώσεις τα στρώματα του πισσούχου άνθρακα υποβλήθηκαν σε υψηλές πιέσεις που είχαν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ανθρακίτη. Έτσι, ανάλογα με τη θερμογόνο δύναμή του και τις πτητικές ουσίες (κυρίως υγρασία) που αποδίδει, διακρίνουμε τέσσερις κατηγορίες άνθρακα (πιν. ΑΝΘ-1): Πίνακας 1: Ταξινόμηση άνθρακα Κατηγορία άνθρακα Θερμογόνος δύναμη [kcal/kg] Πτητικές Ουσίες α. Λιθάνθρακας (ανθρακίτης) 9.000 8% β. Γαιάνθρακας 7.500-8.500 8-40% γ. Λιγνίτης - 4.500 45-60% δ. Τύρφη - 2.000 Τα κύρια συστατικά του κάρβουνου είναι τα στοιχεία άνθρακας και υδρογόνο με μικρές ποσότητες πρόσθετων θείου, οξυγόνου και αζώτου. Σήμερα ο άνθρακας εξακολουθεί να είναι η σημαντικότερη μετά το πετρέλαιο πηγή ενέργειας, καλύπτοντας περί το 30% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας (εικ. ΑΝΘ-1) Χρησιμοποιείται είτε ως έχει είτε μετά από άλεση, ως καύσιμο για παραγωγή θερμότητας, ηλεκτρικής ενέργειας (εικ..ανθ-2), ως αναγωγικό μέσο στη μεταλλουργία καθώς και για την παραγωγή κωκ. O άνθρακας χρησιμοποιούνταν από τους Κινέζους ήδη από την εποχή του Μάρκο Πόλο. Ως βασική πηγή ενέργειας η χρήση του κάρβουνου ξεκίνησε στην Αγγλία τον 12ο αιώνα, όταν ανακαλύφθηκε ως καύσιμο. Ήδη στα τέλη του 13ου αιώνα ο καπνός (αιθάλη) από την καύση του ΑΝΘ-1.
κάρβουνου αποτελούσε σημαντική πηγή ρύπανσης για το Λονδίνο. Το κάρβουνο αυτό χρησιμοποιούταν σαν οικιακό καύσιμο, στην ασβεστοποιϊα, στα σιδηρουργεία και σε άλλες μεταλλουργικές εργασίες. Εικόνα ΑΝΘ-1: Το παγκόσμιο ενεργειακό ισοζύγιο (2008) Εικόνα ΑΝΘ-2: Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από άνθρακα ΑΝΘ-2.
Το κάρβουνο ήταν αποτέλεσε από πολλές πλευρές το καύσιμο της βιομηχανικής επανάστασης. Χρησιμοποιήθηκε στη μεταλλουργία, υαλουργία, ως καύσιμο των ατμομηχανών, κτλ. Η παραγωγή του από 150*10 6 Μt/an το 1860 έφθασε τα 1.100*10 6 Μt/an το 1910 με ετήσιο ποσοστό αύξησης 4.4%. Από το 1910 έως το 1940 ο ετήσιος ρυθμός αύξησης ήταν σχετικά μικρός 0.75% Μετά το 1940 ο ρυθμός αύξησης της παγκόσμιας παραγωγής κάρβουνου, λόγω της χρήσης του στην ηλεκτροπαραγωγή, αυξήθηκε πάλι στο 3.6% (εικ..ανθ.2 και εικ.ανθ.3). Εικόνα ΑΝΘ-3: Παγκόσμια παραγωγή άνθρακα και λιγνίτη Εικόνα ΑΝΘ-4: Παγκόσμια παραγωγή άνθρακα και λιγνίτη σε ημιλογαριθμική κλίμακα ΑΝΘ-3.
2.2. ΑΠΟΘΕΜΑΤΑ Τα διαθέσιμα αποθέματα άνθρακα κατά την 10ετία του '70, υπολογίζονταν από 8 έως 16*10 12 tn. Στον Πίνακα ΑΝΘ-2 φαίνονται τα παγκόσμια αποθέματα άνθρακα όπου τα βεβαιωμένα ανέρχονται σε 76*10 12 tn (189.10 12 Βtu) και τα εκτιμημένα 16*10 12 tn (399*10 1 2 Βtu), δηλ. περίπου 1.100 φορές και 2.300 φορές αντίστοιχα της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας που ήταν 7*10 9 tn (175.10115 Βtu) το χρόνο. Όμως με τις σημερινές τεχνικές και κάτω από τις τρέχουσες οικονομικές συνθήκες μόνο ένα μέρος των παγκόσμιων αποθεμάτων άνθρακα είναι απολήψιμα. Πίνακας ΑΝΘ-2: Παγκόσμια αποθέματα άνθρακα (εκατ. τόνοι) Εικόνα ΑΝΘ-5: Κορύφωση παγκόσμιας παραγωγής άνθρακα για δύο εκτιμήσεις των συνολικών αποθεμάτων Όλα τα ορυκτά καύσιμα για να σχηματιστούν απαιτήθηκαν εκατομμύρια χρόνια. Με τους ισχύοντες ρυθμούς κατανάλωσης δεν μπορούν να αναπληρωθούν. Έτσι τα ορυκτά καύσιμα είναι μια εξαντλήσιμη πηγή ενέργειας. Στην εικόνα ΑΝΘ-5 φαίνεται η καμπύλη διάρκειας ζωής, για την παγκόσμια παραγωγή άνθρακα, ως προς δύο εκτιμήσεις των συνολικών αποθεμάτων άνθρακα. Στην περίπτωση της απαισιόδοξης εκτίμησης η κορυφή της παραγωγής συμβαίνει το 2110, ενώ για την αισιόδοξη εκτίμηση η κορυφή της παραγωγής συμβαίνει το 2150. Έτσι ο άνθρακας παραμείνει μια σημαντική πηγή ενέργειας, η οποία μπορεί να καλύπτει ενεργειακές ανάγκες αρκετούς αιώνες ακόμη. Σήμερα το πρόβλημα του άνθρακα δεν είναι τόσο πρόβλημα διαθεσιμότητάς του, όσο ζήτημα προστασίας του περιβάλλοντος, ασφάλειας στην εξόρυξη και οικονομικών παραμέτρων. ΑΝΘ-4.
Στον πίνακα ΑΝΘ-3 φαίνονται οι χώρες με τα μεγαλύτερα αποθέματα άνθρακα, ενώ στον πίνακα ΑΝΘ-4 οι χώρες με τη μεγαλύτερη παραγωγή. Πίνακας ΑΝΘ-3: Χώρες με τα μεγαλύτερα αποθέματα άνθρακα (εκατ. τόνοι) ΗΠΑ 242.721 Ρωσία 157.000 Κίνα 114.500 Αυστραλία 76.600 Ινδία 56.498 Ουκρανία 33.873 Καζακστάν 31.000 Σερβία 13.885 Πολωνία 7.500 Γερμανία 6.700 Πίνακας ΑΝΘ-4: Παραγωγή άνθρακα (εκατ. τόνοι) το 2008 Κίνα 2.549 Ρωσία 241 ΗΠΑ 981 Ινδονησία 231 Ινδία 452 Πολωνία 90 Αυστραλία 323 Καζακστάν 83 Ν. Αφρική 244 Κολομβία 72 2.3. ΕΞΟΡΥΞΗ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑ Η εξόρυξη του άνθρακα από τα κοιτάσματα (φλέβες) γίνεται είτε με υπόγειες είτε με επιφανειακές μεθόδους. Στην υπόγεια εξόρυξη (εικ. ΑΝΘ-6) ένα σημαντικό ποσό άνθρακα παράγεται ακόμη με συμβατικό τρόπο σε μια διαδικασία ξεχωριστών σταδίων (άνοιγμα τρύπας, τοποθέτηση εκρηκτικού, έκρηξη, φόρτωμα, κτλ) που έχει χαμηλότερη παραγωγικότητα απ' ότι οι μέθοδοι που χρησιμοποιούν μηχανικά μέσα. Σε αυτές τις μεθόδους χρησιμοποιείται ένα μηχάνημα για την απόσταση του κάρβουνου από το μέτωπο της φλέβας σε μια ενιαία διαδικασία. Οι μέθοδοι αυτές έχουν μεγαλύτερη παραγωγικότητα αλλά δημιουργούν σημαντικά ποσά σκόνης και σωματιδίων άνθρακα που αποτελούν μεγάλο κίνδυνο για την υγεία των εργατών. Επίσης επειδή η μηχανή εξόρυξης δεν είναι επιλεκτική, συνήθως το κάρβουνο έχει περισσότερες "ακαθαρσίες" (πέτρες, χώματα). Για την βελτίωση της υπόγειας εξόρυξης κατά σειρά προτεραιότητας απαιτούνται νέες τεχνολογίες με στόχο: α. την αύξηση του όγκου παραγωγής από ένα συγκεκριμένο ορυχείο, ή του ποσοστού εκμετάλλευσης ενός κοιτάσματος, β. να καταστεί ικανή η οικονομική εξόρυξη των κοιτασμάτων άνθρακα, γ. την οικονομική εξόρυξη σε μεγαλύτερα βάθη. ΑΝΘ-5.
Εικόνα ΑΝΘ-6: Υπόγεια εξόρυξη λιγνίτη. Πρόοδοι στα παραπάνω θα έχουν ως αποτέλεσμα ένα μεγαλύτερο ποσοστό αξιοποίησης του ολικού αποθέματος άνθρακα. Όπου οι φλέβες άνθρακα βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια κάτω από σχετικά επίπεδο έδαφος, έχουμε επιφανειακή εξόρυξη (εικ. ΑΝΘ-7 και εικ. ΑΝΘ-8). Η περιοχή, όπου γίνεται η εξόρυξη, καθαρίζεται από τα υπερκείμενα στρώματα και κατόπιν μεταφέρεται ο άνθρακας. Τα υπερκείμενα από μια επόμενη περιοχή μετακινούνται και καλύπτουν την περιοχή προηγούμενης εξόρυξης. Όπου οι φλέβες άνθρακα ξεπροβάλλουν από πλευρές λόφων ή απόκρημνων πλαγιών, η επιφανειακή εξόρυξη γίνεται κατά μήκος του στρώματος του άνθρακα με την απομάκρυνση του υπερκείμενου εδάφους και την συσσώρευσή του κατά μήκος της εξωτερικής πλευράς του χώρου εργασίας ή την κατακρήμνισή του στην πλαγιά του λόφου. Το εξορυγμένο κάρβουνο μεταφέρεται και γίνεται δεύτερη απομάκρυνση των υπερκείμενων για την αποκάλυψη περισσότερου κάρβουνου. Τελικά, όταν τα υπερκείμενα αποκτούν πάχος ώστε να μην είναι η εξόρυξη οικονομική, αυτή συνεχίζεται με άλλες μεθόδους, π.χ. χρήση τρυπανιών μεγάλης διαμέτρου που ανοίγουν οριζόντιες τρύπες αρκετά βαθιές στη φλέβα του άνθρακα και εξορύσσουν πρόσθετο άνθρακα. Η εξόρυξη επιφάνειας έχει αυξηθεί κατά τις τελευταίες 10ετίες, πρωταρχικά ως αποτέλεσμα της χρήσης γιγαντιαίων σκαπτικών και μεταφορικών μηχανημάτων. Αν και οι μέθοδοι επιφανειακής εξόρυξης είναι λιγότερο επιβλαβείς για τους εργαζόμενους απ' ότι οι μέθοδοι υπόγειας εξόρυξης, έχουν ως αποτέλεσμα καταστροφές του περιβάλλοντος όπως διάβρωση, σχηματισμό χειμάρρων και ελάττωση των επίγειων και υπόγειων νερών. Αυτή η καταστροφή του περιβάλλοντος συγκεντρώνει το έντονο δημόσιο ενδιαφέρον. Το είδος της περιβαλλοντολογικής καταστροφής της επιφανειακής εξόρυξης εξαρτάται σημαντικά από το κλίμα και το έδαφος της περιοχής εξόρυξης. Η μέθοδος - block-cut system - μπορεί να μειώσει την περιοχή που καταστρέφεται. Η επανόρθωση των εδαφών και ο περιορισμός αυτών που καταστρέφονται γίνεται με επαναχρησιμοποίηση των απομακρυσμένων υπερκείμενων στις περιοχές, όπου έγινε ήδη η εξόρυξη, για γέμισμα των περιοχών αυτών. ΑΝΘ-6.
Πλευρά εκσκαφής στη Γερμανική μέθοδο. Σε κάθε βαθμίδα υπάρχει από ένας καδοφόρος εκσκαφέας. Πλευρά απόθεσης στη Γερμανική μέθοδο. Σε κάθε βαθμίδα υπάρχει από ένας αποθέτης. Εικόνα ΑΝΘ-7: Επιφανειακή - Υπαίθρια εξόρυξη λιγνίτη. Εικόνα ΑΝΘ-8: Υπαίθριο ορυχείο λιγνίτη στη Δυτ. Μακεδονία. Οι πιο συνηθισμένες μέθοδοι μεταφοράς άνθρακα είναι με σιδηροδρόμους, φορτηγίδες ή πλοία, για μεγάλες αποστάσεις ή με ταινιόδρομους για κοντινές στο ορυχείο (εικ. ΑΝΘ-9). Μια πολύ αποδοτική μέθοδος μεταφοράς άνθρακα από το ορυχείο στον σταθμό παραγωγής ισχύος είναι η χρήση σωληναγωγών. Υπάρχουν αρκετά είδη σωληναγωγών που μεταφέρουν κονιορτοποιημένο άνθρακα αναμιγμένο με νερό σε αποστάσεις από 10 έως 300 μίλια. Ο άνθρακας και το νερό αναμιγνύονται σε ίσα ποσά κατά βάρος. Στο τέρμα τα σωματίδια του άνθρακα ΑΝΘ-7.
ξεχωρίζονται φυγοκεντρικά από τον πολτό, σχηματίζοντας ένα κονιορτοποιημένο καύσιμο που είναι ιδανικό για μεγάλους λέβητες. Η ανάγκη τεράστιων ποσών νερού για τον πολτό είναι ένας περιοριστικός παράγοντας στη χρήση μεγάλων συστημάτων σωληναγωγών. Η οικονομία των σωληναγωγών εξαρτάται από την ποσότητα του μεταφερόμενου άνθρακα ανά έτος και από την απόσταση μεταφοράς. Επίσης η ενέργεια που καταναλώνεται για τη μεταφορά του άνθρακα είναι σημαντικά λιγότερη για τους σωληναγωγούς, σε σύγκριση με τη σιδηροδρομική μεταφορά. Για τη μεταφορά όμως σχετικά μικρών ποσοτήτων άνθρακα από μικρά ορυχεία, οι σιδηρόδρομοι και οι φορτηγίδες παραμένουν τα οικονομικότερα και αποδοτικότερα μέσα. Στην περίπτωση βέβαια που η χρήση του άνθρακα γίνεται επί τόπου (συνδυασμός ορυχείου και σταθμού ηλεκτροπαραγωγής) για τη μεταφορά του χρησιμοποιούνται και ταινιόδρομοι. Εικόνα ΑΝΘ-9: Εκσκαφή και μεταφορά λιγνίτη στη Δυτ. Μακεδονία. 2.4. ΟΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΣΤΟΝ ΑΝΘΡΩΠΟ ΚΑΙ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Η εξόρυξη άνθρακα από υπόγεια ορυχεία αποφεύγει σε μεγάλο βαθμό την καταστροφή του τοπίου που συνεπάγεται η επιφανειακή εξόρυξη, γι' αυτό πολλοί συνιστούν την μείωση των ορυχείων επιφανείας και την αύξηση της έντασης εξόρυξης στα υπόγεια ορυχεία. Δυστυχώς όμως η υπόγεια εξόρυξη συνοδεύεται από αυξημένο ποσοστό αρνητικών επιπτώσεων και βλαβών στην υγεία των εργατών. Και κάτω ακόμη από τις καλύτερες συνθήκες προστασίας, το υπόγειο ορυχείο αντιπροσωπεύει ένα πολύ εχθρικό και βλαβερό περιβάλλον για τους ανθρακωρύχους. Ττο ποσοστό ατυχημάτων και δυστυχημάτων είναι έως 5 φορές υψηλότερο απ' ότι στα ορυχεία επιφανείας. Περίπου 40% οφείλεται στις καταρρεύσεις των οροφών στις στοές. Ατυχήματα μπορούν να συμβούν επίσης είτε λόγω εκρήξεων ή πυρκαγιών είτε κατά τη μεταφορά του κάρβουνου. Τέλος, εξίσου μεγάλο πρόβλημα είναι η προσβολή της υγείας των ανθρακωρύχων που είναι εκτεθειμένοι στη σκόνη. με τις αναπνευστικές αρρώστιες να είναι πολύ αυξημένες. Για την αντιμετώπιση των προβλημάτων αυτών απαιτούνται μέτρα πρόληψης και καταστολής των κινδύνων όπως: βελτιωμένες συνθήκες εξαερισμού, περιορισμό και απομάκρυνση της σκόνης, έλεγχο των εύφλεκτων αερίων και προστασία από τις εκρήξεις ή τις πυρκαγιές, παροχή και χρήση προστατευτικών μασκών για τη σκόνη. Η εξόρυξη του άνθρακα έχει αρνητικές επιπτώσεις και στο περιβάλλον - αέρα, νερό, έδαφος. Η εκπομπή οξειδίων του θείου και τέφρας στους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής καθώς και η είσοδος στην ατμόσφαιρα μεθανίου και σκόνης από τα υπόγεια ορυχεία συντελούν στην ρύπανση του αέρα. Η αποθείωση των καυσαερίων γίνεται με ασβέστη ή ασβεστοπολτό. Η μέθοδος αυτή όμως έχει προβλήματα αξιοπιστίας καθώς και κόστους επένδυσης και λειτουργίας. Η συγκράτηση της τέφρας γίνεται με φίλτρα. Επίδραση στα νερά έχουμε είτε με τη ρύπανσή τους από το αποβαλλόμενο θείο, είτε με τη μείωση του απαιτούμενου νερού για τις αγροτικές καλλιέργειες, λόγω χρήσης του στη διαδικασία εκμετάλλευσης του άνθρακα. ΑΝΘ-8.
Οι καθιζήσεις, η διάβρωση του εδάφους, η δημιουργία λάκκων, οι "χωματερές" διάφορων απορριμμάτων είναι μερικά από τα προβλήματα που δημιουργεί στο έδαφος η αξιοποίηση του άνθρακα. Ο αποτελεσματικός έλεγχος για τον περιορισμό των δυσμενών αυτών επιδράσεων στο περιβάλλον απαιτεί τόσο θεωρητικές λύσεις στα προβλήματα αυτά, όσο και γενναία οικονομική αντιμετώπιση. 2.5. ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ Τη 10ετία του 20 από τον άνθρακα παραγόταν αέριο (φωταέριο) για φωτισμό και μαγείρεμα. Στη συνέχεια το ενδιαφέρον για την αεριοποίηση του άνθρακα επανήλθε λόγω της προσπάθειας για εκμετάλλευση των τεράστιων κοιτασμάτων του σε μεγαλύτερο ποσοστό καθώς και για την εκμετάλλευση ακόμη και των πιο δύστροπων κοιτασμάτων. Η επιδιωκόμενη αντίδραση (εικ.ανθ.10) είναι η: Άνθρακας + Νερό Μεθάνιο + Διοξείδιο του Άνθρακα και γίνεται με διάφορους τρόπους είτε στην επιφάνεια του εδάφους (εικ.ανθ.10) είτε υπόγεια (εικ.ανθ.11, εικ.ανθ.12). Άνθρακας Ατμός Αέρας ή Ο 2 Ατμός Απομάκρυνση πτητικών Διεργασία Αεριοποίησης Απομάκρυνση πίσσας & σκόνης Μετατροπή Άνθρακας & αέρια Ακάθαρτο αέριο Αέριο CO 2 + H 2 CO + Ατμός Απομάκρυνση Θείου Μεθάνωση CO + H 2 CH 4 + CO 2 Απομάκρυνση CO 2 CH 4 Σχηματική παράσταση διεργασίας εξαερίωσης άνθρακα Εικόνα. ΑΝΘ-10: Διάγραμμα διεργασιών εξαερίωσης άνθρακα ΑΝΘ-9.
Η υπόγεια αεριοποίηση έχει τεχνολογία ηλικίας πάνω από ένα αιώνα. Γνώρισε αύξηση αμέσως μετά τον 2ο Παγκόσμιο Πόλεμο, όταν ήταν ανταγωνιστική η τεχνολογία αυτή σε σχέση με άλλες πηγές ενέργειας, όχι όμως και με το πετρέλαιο. Το μέσο οξείδωσης ήταν αέρας. Σήμερα μπορεί να είναι και το οξυγόνο. Η αεριοποίηση επί τόπου στο κοίτασμα (in situ) είναι κατάλληλη για βαθιά κοιτάσματα και γίνεται προσπάθεια για βελτίωση της σχετικής τεχνολογίας, με ένα από τα βασικά προβλήματα να είναι η κατάλληλη επικοινωνία μεταξύ των πηγαδιών εισόδου του οξειδωτικού μέσου και εξόδου των χρήσιμων αερίων. Εικόνα ΑΝΘ-11: Μονάδες αεριοποίησης άνθρακα ΑΝΘ-10.
Εικόνα ΑΝΘ-12: Υπόγεια αεριοποίηση άνθρακα ΑΝΘ-11.
Εικόνα ΑΝΘ-13: Σύγχρονοι μέθοδοι υπόγειας αεριοποίησης άνθρακα. ΑΝΘ-12.
2.6. ΛΙΓΝΙΤΗΣ Ο λιγνίτης, όπως αναφέραμε, είναι άνθρακας νεαρής ηλικίας και κατά συνέπεια κατώτερης ποιότητας με σχετικά χαμηλή θερμογόνο δύναμη και υψηλό ποσοστό πτητικών ουσιών. Η εκμετάλλευσή του σήμερα γίνεται με υπαίθρια ορυχεία. Με βάση τη γεωλογική (γεωτρήσεις, διάφορες έμμεσες μετρήσεις) και την εδαφοτεχνική έρευνα (συνεκτικότητα εδάφους, υποχωρητικότητα, σταθερότητα βαθμίδων, κτλ) γίνεται σχεδιασμός τόσο των νέων υπαίθριων ορυχείων όσο και η επέκταση αυτών που ήδη λειτουργούν. Η τεχνική που θα εφαρμοστεί για την εξόρυξη θα βγει από τις παραμέτρους του κοιτάσματος και την προγραμματισμένη παραγωγή. Τόσο στην απομάκρυνση των υπερκείμενων όσο και στη μεταφορά του λιγνίτη χρησιμοποιούνται είτε σιδηρόδρομοι είτε ταινιόδρομοι. Οι τελευταίοι επιτρέπουν μεγαλύτερη αξιοποίηση του εξοπλισμού εξόρυξης και παρουσιάζουν καλύτερους δείκτες παραγωγικότητας και κόστους. Η σχεδίαση ενός υπαίθριου ορυχείου πρέπει να περιλαμβάνει και μέτρα για την επαναφορά στην καλλιέργεια της περιοχής του ορυχείου και την απαραίτητη διαμόρφωση του τοπίου μετά την εκμετάλλευση. Η Γερμανία είναι ο μεγαλύτερος παραγωγός λιγνίτης στον κόσμο. Για την χώρα μας ο λιγνίτης είναι ο σημαντικότερος ενεργειακός πόρος και μετά τις πετρελαϊκές κρίσεις το '70-'80 έφθασε να καλύπτει σχεδόν το 78% του παραγόμενου ηλεκτρισμού. Σήμερα το ποσοστό αυτό έπεσε στο 60-65%. Ο λιγνίτης χρησιμοποιείται στο μεγαλύτερο μέρος για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης ως στερεό καύσιμο στη βιομηχανία, για την παραγωγή αερίου ή υγρού συνθετικού καύσιμου, ως πρώτη ύλη στη χημική βιομηχανία, ως αναγωγικό στη Μεταλλουργία, ως ειδικό λίπασμα στη γεωργία. Οι βασικές μέθοδοι στις οποίες στηρίζονται οι τεχνολογίες για την ανάπτυξη των παραπάνω χρήσεων του λιγνίτη είναι: α) Επεξεργασία του φυσικού λιγνίτη Σκοπός της επεξεργασίας αυτής είναι η σταθεροποίηση των βασικών ιδιοτήτων του λιγνίτη, η βελτίωση της ποιότητάς του και η αύξηση της ακτίνας μεταφοράς του, ώστε να αποφεύγεται η επιλεκτική εξόρυξη και κατά συνέπεια να μειώνεται το κόστος παραγωγής και να βελτιώνεται ο βαθμός αξιοποίησης του κοιτάσματος. Περιλαμβάνει τα στάδια: α. Θρυμματισμός και ταξινόμηση σε ορισμένα μεγέθη. β. Καθάρισμα για να απομακρυνθεί η σκόνη και τα αδρανή υλικά. γ. Ξήρανση για διευκόλυνση στη μεταφορά ή τη χρήση. β) Εξανθράκωση Είναι η θέρμανση του λιγνίτη χωρίς οξυγόνο για παραγωγή κωκ (χρησιμοποιείται ως καύσιμο, ως αναγωγικό στη Μεταλλουργία, ως πρώτη ύλη για καρβίδια και σιδηροκράματα), πτωχού αέριου (καύσιμο) και λιγνιτόπισσας (πρώτη ύλη στη χημική βιομηχανία). γ) Εξαερίωση Είναι η επεξεργασία για να μετατραπεί ο λιγνίτης σε αέριο που χρησιμοποιείται βιομηχανία, στη μεταλλουργία και σαν καύσιμο στις πόλεις. στη χημική 2.7. ΤΥΡΦΗ Παρόλο που η τύρφη θεωρείται "ορυκτό" δηλ. ως επί το πλείστον ανόργανες ουσίες, ωστόσο είναι οργανική ύλη. Η τύρφη είναι οργανικό έδαφος που η δομή των φυτών είναι λίγο-πολύ εμφανής, με ποσοστό οργανικής ύλης από 50% έως 87% και το υπόλοιπο ποσοστό από ανόργανες ουσίες. ΑΝΘ-13.
Συγκρατεί τεράστια ποσά νερού σε αναλογία βαρών μέχρι 9:1. Έχει ινώδη χαρακτήρα και χρώμα από καφέ έως μαύρο. Γεωλογικά η τύρφη είναι άνθρακας νεαρής ηλικίας, υπόλειμμα βραδείας αναερόβιας αποσύνθεσης υδρόφιλων φυτών και θεωρείται πρώτο βήμα στον σχηματισμό των ανθράκων. Τα οργανικά εδάφη σχηματίστηκαν σε παλιότερες περιόδους, όμως ο σχηματισμός οργανικών εδαφών εξακολουθεί ακόμη και σήμερα σε τελματώδεις εκτάσεις (έλη), σε λεκάνες με άφθονες βροχοπτώσεις, υψηλό ποσοστό υγρασίας, όπου εμποδίζεται η εξάτμιση, υπάρχει ανεπάρκεια διεξόδου των υδάτων και πλούσια βλάστηση. Αλλά οι συνθήκες σχηματισμού οργανικών εδαφών είναι σήμερα λιγότερο ευνοϊκές απ' ότι παλαιότερα. Γενικά είναι αναγκαία η συσσώρευση οργανικής ύλης (βρύα, καλάμια, θάμνοι, κωνοφόρα, κτλ) σε περιοχές (γεωλογικές λεκάνες) αργιλούχου πυθμένα με στάσιμα νερά. Ο τύπος της τύρφης που σχηματίζεται καθορίζεται από τον τύπο της βλάστησης και τη μορφή του εδάφους. Σε μια λεκάνη τυρφώνα μπορούν να παρουσιάζονται αλλεπάλληλα στρώματα τύρφης με διαφορετική σύσταση και ιδιότητες γιατί σχηματίστηκαν σε διάφορες εποχές από διάφορους τύπους βλάστησης. Το συνολικό βάθος των τυρφώνων κυμαίνεται στα 4 με 7 μέτρα. Ο τυρφώνας των Φιλίππων στην Ανατ. Μακεδονία, με βάθος 190 μέτρα είναι μοναδική περίπτωση, το βαθύτερο κοίτασμα στον κόσμο. Η τύρφη χρησιμοποιείται απευθείας ως καύσιμο, για ηλεκτροπαραγωγή, για παραγωγή φωταερίου, ως λίπασμα στη γεωργία. Βασικό πρόβλημα στην εκμετάλλευσή της για ηλεκτροπαραγωγή είναι οι μεγάλου εύρους και ξαφνικές μεταβολές στο ποσοστό υγρασίας της και στην πυκνότητά της. Χώρες με σημαντικά κοιτάσματα τύρφης είναι: α. Οι χώρες της πρώην ΕΣΣΔ, που κατέχουν την πρώτη θέση τόσο σε αποθέματα (60%) όσο και σε βιομηχανική αξιοποίηση (70% της παγκόσμιας παραγωγής προϊόντων τύρφης). β. Η Φινλανδία με περίπου 8% των παγκόσμιων αποθεμάτων. Σημειωτέον ότι το 32% της χώρας αυτής είναι τυρφώδη έλη. γ. Ο Καναδάς με 8%. δ. Οι ΗΠΑ με 6%. ε. Η Γερμανία με 4,5%. ζ. Η Μεγάλη Βρετανία με 4,5%. η. Η Ιρλανδία, όπου η τύρφη θεωρείται εθνική πηγή πλούτου και καλύπτει το 20% των αναγκών της χώρας σε ηλεκτροπαραγωγή. 2.8. ΤΑ ΣΤΕΡΕΑ ΚΑΥΣΙΜΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Η χώρα μας είναι πλούσια σε στερεά καύσιμα, κυρίως λιγνίτη και τύρφη. α) Λιγνίτης Για την Ελλάδα ο λιγνίτης αποτελεί μια από τις βασικές πλουτοπαραγωγικές πηγές της. Είναι ο μόνος ουσιαστικά εγχώριος πόρος πρωτογενούς ενέργειας που συμμετέχει στην κάλυψη του ενεργειακού μας ισοζυγίου (με πολύ μικρότερη συμμετοχή της υδροηλεκτρικής ενέργειας και των υδρογονανθράκων). Προβλέπεται να παραμείνει ουσιαστική η συμμετοχή του για πολλά έτη ακόμη. Χρησιμοποιείται σήμερα κυρίως για την ηλεκτροπαραγωγή, ενώ οι εξωηλεκτρικές του χρήσεις είναι πολύ περιορισμένες. Οι κυριότερες λιγνιτοφόρες περιοχές συναντώνται στη Δυτική Μακεδονία (Πτολεμαϊδα, Κοζάνη, Αμύνταιο, Φλώρινα), στην Ανατολική Μακεδονία (Δράμα, Σέρρες), στη Ν.Δ. Πελοπόννησο (Μεγαλόπολη) στην Εύβοια (Αλιβέρι, Κύμη). Τα εξακριβωμένα οικονομικώς εκμεταλλεύσιμα κοιτάσματα λιγνίτη της χώρας είναι σημαντικά και εκτιμώνται σε τάξη μεγέθους των 4*10 9 tn ή 1,25*10 9 MWh. H ποιότητα των ελληνικών λιγνιτών είναι μέτρια, χαμηλής θερμογόνου ικανότητας (950 kcal/kg έως 5.000 kcal/kg) και με μεγάλο ποσοστό τέφρας (20%) και υγρασίας (33% έως 60%). ΑΝΘ-14.
Η συμμετοχή του λιγνίτη στο σύνολο της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας το 1990 ήταν 76,4%, ενώ στη συνολική εγχώρια διάθεση ενέργειας συμμετείχε κατά 32%. Σήμερα, μέσα 10ετίας 2010, τα ποσοστά αυτά κυμαίνονται από 50-60% και από 25-28% αντίστοιχα. β) Τύρφη Σε πολλές περιοχές της χώρας έχουν διαπιστωθεί κοιτάσματα τύρφης. Μεταξύ αυτών η τύρφη των Φιλίππων αποτελεί μια από τις μεγαλύτερες πλουτοπαραγωγικές πηγές της Ελλάδας. Το ιστορικό του τυρφώνα των Φιλίππων έχει ως εξής: Τη 10ετία του 30 γίνεται η αποξήρανση των ελών και μόλις το 1961 διαπιστώνεται η ύπαρξη μεγάλου τυρφώνα. Ο τυρφώνας καλύπτει έκταση 54 km 2 με μέγιστο πάχος 190 m στο κέντρο του. Μπορεί να διαιρεθεί σε δύο τμήματα, το ανώτερο (βάθους 60m) με ελάχιστη παρουσία αγόνων και το κατώτερο με διαδοχικές στρωματώσεις τύρφης-αγόνων. Στο βάθος του κατώτερου τμήματος σχηματίζεται λιγνίτης. Το απόθεμα υπολογίστηκε σε 2.050*10 6 m 3 για το ανώτερο τμήμα και 1.909*10 6 m 3 για το κατώτερο. Το απόθεμα των πρώτων 60m περιέχει περίπου 570*10 6 tn με θερμογόνο δύναμη 2.000 kcal/kg. Είναι ο μεγαλύτερος τυρφώνας στον κόσμο με ιδιαίτερο χαρακτηριστικό το μεγάλο βάθος που παρουσιάζει. Το 1964-65 έγινε ερευνητική μελέτη από το ΙΓΥΕ (το τότε ΙΓΜΕ) για λογαριασμό και σε συνεργασία με τη ΔΕΗ. Το 1968 έγινε προμελέτη από τις εταιρίες Fichtner (ΟΔΓ) και Bord-na-Mona (Ιρλανδίας) με ευνοϊκά αποτελέσματα για ηλεκτροπαραγωγή. Το 1970-71 έγινε μελέτη από την Energomachexport (ΕΣΣΔ) τα συμπεράσματά της όμως δεν ανακοινώθηκαν στον Τύπο. Το 1973 υπογράφεται σύμβαση για κατασκευή 3 σταθμών 125MW ο καθένας με έκταση του ορυχείου περίπου 40.000 στρέμματα. Η σύμβαση θεωρείται από τις πιο συμφέρουσες που υπέγραψε η ΔΕΗ. Όμως το 1976 καταργείται. Τα διάφορα προβλήματα που συνδέονταν με την αξιοποίηση της τύρφης προτάθηκε να αντιμετωπιστούν ως εξής: α. Για το πρόβλημα της τέφρας, η χρησιμοποίησή της στα διάφορα αντιπλημμυρικά έργα που θα δημιουργούνταν καθώς και τη διερεύνηση τρόπων για βιομηχανική αξιοποίησή της, όπως σε βιομηχανίες τσιμέντου λόγω της εξαιρετικής της σύστασης σε ανθρακικό καθώς και τη χρήση της ως λίπασμα. β. Όσον αφορά την απόδοση του τυρφώνα σε καλλιέργεια μετά 25 χρόνια, συντάχθηκε ειδική μελέτη για την απόδοση σε καλλιέργεια των εδαφών μέχρι τα 15m βάθος. γ. Παράλληλα συντάχθηκε και ειδική μελέτη για την αντιπλημμυρική προστασία της περιοχής του τυρφώνα καθώς και για την προστασία του από τις πυρκαγιές (αυτανάφλεξης, κτλ). Άλλες προτάσεις που έγιναν για την αξιοποίηση του τυρφώνα προέβλεπαν: α. Παραγωγή φωταέριου (4.200 kcal/m 3 ) με μέθοδο εξαερίωσης υπό πίεση. Το αέριο αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για παραγωγή αζωτούχων λιπασμάτων. β. Παραγωγή κωκ ή μπρικετών. γ. Παρασκευή οργανικών λιπασμάτων. Τέλος υπάρχει και η άποψη να μη πειραχθεί ο τυρφώνας μια και αποτελεί μία από τις ευφορότερες περιοχές της χώρας μας. Γεγονός όμως είναι ότι πέρα από την μελέτη για ηλεκτροπαραγωγή δεν έχουν γίνει άλλες μελέτες για την αξιοποίηση της περιοχής και του τυρφώνα κατά τον ένα ή τον άλλο τρόπο. ΑΝΘ-15.
Εικόνα ΑΝΘ-14 Αρχές λειτουργίας μηχανικών εστιών καύσης. a. με τροφοδοσία από κάτω b. με κινούμενη σχάρα c. με μηχανισμό διασποράς του καυσίμου ΑΝΘ-16.
Εικόνα ΑΝΘ-15: Λέβητας και σύστημα καύσης σκόνης λιγνίτη ΑΝΘ-17.
1. Ατμολέβητας 2. Ατμοστρόβιλος 3. Ηλεκτρογεννήτρια 4. Συμπυκνωτής 5. Αντλία Εικόνα ΑΝΘ-16: Διάγραμμα λειτουργίας ατμοηλεκτρικού σταθμού. Εικόνα ΑΝΘ-17: Σχηματική παράσταση Ατμοηλεκτρικού σταθμού. 1. Δοχείο/αποθήκη καυσίμου 9. Στρόβιλος, 1η βαθμίδα 2. Κονιοποιητής 10. Στρόβιλος, 2η βαθμίδα 3. Τροφοδοσία αέρα 11. Ηλεκτρογεννήτρια 4. Καυστήρας 12. Τερματικά/ακροδέκτες 5. Σωληνώσεις 13. Δεξαμενη νερού 6. Ατμογεννήτρια 14. Αντλία 7. Σπειρωειδείς σωλήνες 15. Συμπυκνωτής 8. Καμινάδα 16. Αντλία ΑΝΘ-18.
Εικόνα ΑΝΘ-18: ΑΗΣ Αγ. Δημητρίου Εικόνα ΑΝΘ-19: ΑΗΣ Αμυνταίου ΑΝΘ-19.